スプライト（宇宙船）

SPRITE ( Saturn PRobe Interior and aTmospheric Explorer ) は、NASAが提案した土星大気探査ミッションのコンセプトです。SPRITE は、独自の巡航ステージで地球から土星まで移動し、土星の大気圏に突入して降下し、その場で測定を行う大気圏突入探査機の設計です。

土星に関する多くの基本的な疑問は、 2017年9月のカッシーニミッション終了時点では、その実施と科学機器の限界のため、十分に調査されていませんでした。太陽系形成の競合モデルを区別し、太陽系外惑星系に関するより優れた文脈を提供するためには、土星の大気構造と希ガスおよび元素の存在量を直接測定する必要があります。^[1] SPRITE探査機は、土星の大気構造と組成に関する理解に革命をもたらし、太陽系外巨大惑星に関する理解を深めるでしょう。^[2]

SPRITE は、 NASAゴダード宇宙飛行センターのエイミー・サイモン氏を主任研究員とするカリフォルニア工科大学のジェット推進研究所によって提案されました。

SPRITEミッションのコンセプトは、2016年にNASAのニューフロンティア計画ミッション4として資金提供されるミッションとして提案されましたが、開発には選ばれませんでした。最終的なミッション選択はタイタンへのドラゴンフライミッションであり、^[3] CAESAR彗星サンプルリターンミッションは研究のために選択されましたが、最終的な選択肢としては選ばれませんでした。^[4]

このプログラムの仕組み上、別の選考プロセスで再提出される可能性があります。ニューフロンティアは、ニューホライズンズの冥王星およびそれ以降の探査から始まり、10億ドルを超えるミッションを伴う、より大規模な、より少ない機会のミッションです。

2013～2022年の惑星科学10年計画では、10バール以上の深さでの現地測定が必要であることから、土星探査ミッションがNASA ニューフロンティア計画の優先度の高いミッションターゲットとして特定されました。 ^{[5] SPRITEチームは、「}太陽系の形成、進化、構造に関する理解を深めるには、巨大惑星が果たす役割を十分に理解することが不可欠であり、これは土星の大気の組成、構造、ダイナミクス、プロセスの現地測定なしには達成できない」と説明しています。これを達成するために、ミッションの科学者は2つの主な目標を設定しました。

• 土星の形成と初期の進化の証拠を収集し分析する。 ^{[6] [7]}
  • 競合する惑星形成モデルと初期太陽系における移動の範囲を区別するために、土星の対流圏の化学目録を取得する
  • 土星のヘリウムの枯渇を制限し、観測された温度と熱進化モデルを一致させる
• 土星の雲の下の真実を明らかにする。 ^{[6] [7]}
  • 土星の大気化学をその場で測定し、凝縮モデルを検証し、遠隔観測された組成を解釈する
  • 土星の対流圏雲構造の現場特性評価を実施し、雲取得モデルの地上真実の基礎を提供する
  • 土星の大気の3次元ダイナミクスを1か所で特定し、地球規模の循環と時間変動する雲頂運動の解析モデルを定義

SPRITEミッションのコンセプトは、キャリアリレー宇宙船（CRSC）と少なくとも10バールまで降下する突入プローブで構成されています。^[8]降下戦略では、熱シールドとそれに続くパラシュートの使用が求められており、これによりプローブは最大2時間データ収集することができます。^[8]プローブは、プローブ降下経路に沿った組成と大気構造（ダイナミクスを含む）を直接測定し、リモートセンシング測定ではアクセスできない科学を提供します。^[9]

太陽光発電のCRSCには、突入前の場所の画像化と、探査機の測定のための地球全体の状況の画像化を行うためのマルチチャンネルイメージャーが搭載される。^[8] CSRCモジュールは土星を周回しないが、土星を一度フライバイし、探査機の科学データをディープスペースネットワークを通じて複数回地球に中継する。^[8]

提案されているSPRITE大気圏突入探査機は、土星の大気の構造、力学、組成、化学、雲を少なくとも10バールまで測定するための科学機器を搭載する予定です。^[7]

概念的なペイロードは2つの分光計で構成されています。^[8]四重極質量分析計は、希ガスと希ガス同位体を極めて高感度で測定します。特に重要なのは、土星の熱進化を理解する鍵となるヘリウム（ He ）の測定です。 ^[7]そして、土星の大気の化学構造を決定するために分子の存在量と同位体比を測定する可変レーザー分光計、および一酸化炭素（CO）、ホスフィン（PH）などの不平衡種を測定するものです。
₃）とエタン（C
₂H
₆）は土星の深層水の豊富さを推測するのに使用できる。^[7]

大気構造計測装置（ASI）は、土星の大気の圧力と温度のプロファイルを提供して静的安定性の高度プロファイルを決定し、ネフェロメーターからの雲の測定値と組み合わせることで、土星の複数の雲層の位置と構造を決定するプロセスを解明します。ASIには、探査機の突入と降下軌道を再構築し、上層大気の熱構造を特徴付けるために突入加速度を測定する加速度計も含まれています。^[8]

ドップラー風実験は、超安定振動子を使用して土星の大気の3次元ダイナミクスを測定し、大気波による深さと垂直方向の動きによる局所的な風のプロファイルも提供します。^[7]

SPRITE は、2024 年 11 月下旬に打ち上げられる予定でした。探査機は、地球、金星、地球、地球の重力の助けを借りて、2034 年 11 月に土星に到着します。大気探査機は、突入の 30 日前に CRSC から分離されます。撮影と観測は突入前の 6 日間続きます。CRSC は、太陽脱出軌道を継続しながら、約 100,000 km の距離で土星を通過します。

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  金星（フライバイ）
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  地球（フライバイ3回）
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  土星（フライバイ＋大気探査）

• ガリレオ探査機（木星大気圏突入探査機、1995年）
• パイオニア金星マルチプローブ（金星大気圏突入探査機、1978年突入）
• ホイヘンス宇宙船（カッシーニ探査機によって土星の衛星タイタンに運ばれた）
• 土星大気圏突入探査機（土星への同様の宇宙船突入探査機のコンセプト）
• 充電式でない電池で動く宇宙船のリスト